Vlnovod zložený z disulfidu wolfrámu bol vyvinutý inžiniermi z Kalifornskej univerzity v San Diegu a je tenký len tri vrstvy atómov a je najtenším optickým zariadením na svete! Výskumníci zverejnili svoje zistenia 12. augustaPríroda nanotechnológie.

Nový vlnovod má asi 6 angstromov (1 angstrom = 10^-10metrov), 10 000-krát tenšie ako typické vlákno a asi 500-krát tenšie ako optické zariadenie na čipe v integrovanom fotonickom obvode. Pozostáva z jednej vrstvy disulfidu volfrámu zaveseného na kremíkovom ráme (vrstva atómov volfrámu je vložená medzi dva atómy síry) a jedna vrstva tvorí fotonický kryštál zo série nanopórových vzorov.

Tento jednovrstvový kryštál je špeciálny v tom, že podporuje páry elektrón-diera nazývané excitóny, pri izbovej teplote tieto excitóny generujú silnú optickú odozvu, takže index lomu kryštálu je približne štvornásobok indexu lomu vzduchu okolo jeho povrchu. Naproti tomu iný materiál s rovnakou hrúbkou nemá taký vysoký index lomu. Keď svetlo prechádza kryštálom, je zachytené vo vnútri a vedené pozdĺž roviny úplným vnútorným odrazom.

Ďalšou špeciálnou vlastnosťou je vlnovod, ktorý vedie svetlo vo viditeľnom spektre. Vlnové vedenie bolo už predtým demonštrované pomocou grafénu, ktorý je tiež atómovo tenký, ale pri infračervených vlnových dĺžkach. Tím prvýkrát predviedol vlnovod vo viditeľnej oblasti. Nanorozmerné otvory vyleptané do kryštálu umožňujú, aby sa určité svetlo rozptýlilo kolmo na rovinu, takže ho možno pozorovať a skúmať. Toto pole otvorov vytvára periodickú štruktúru, vďaka ktorej je kryštál dvojitý aj ako rezonátor.

Vďaka tomu je tiež najtenším optickým rezonátorom pre viditeľné svetlo, aký bol kedy experimentálne demonštrovaný. Tento systém nielen rezonančne zvyšuje interakciu svetlo-hmota, ale slúži aj ako mriežková spojka druhého rádu na spojenie svetla do optického vlnovodu.

Výskumníci použili na vytvorenie vlnovodu pokročilé techniky mikro- a nanofabrikácie. Vytvorenie konštrukcie bolo obzvlášť náročné. Materiál je atómovo tenký, takže výskumníci navrhli postup, ako ho zavesiť na silikónový rám a presne ho vzorovať bez toho, aby sa zlomil.

Vlnovod wolfrámu je dôkazom koncepcie zmenšenia optického zariadenia na veľkosti, ktoré sú rádovo menšie ako dnešné zariadenia. Mohlo by to viesť k vývoju fotonických čipov s vyššou hustotou a vyššou kapacitou.